樁承式加筋體二維及三維變形與受力特性的比較研究.pdf

1、樁承式加筋路堤具有工后沉降小、穩(wěn)定性高和施工時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，部分國(guó)家也有相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。加筋體的載荷-變形是算，常將其簡(jiǎn)化一個(gè)復(fù)雜的三維力學(xué)問(wèn)題，但在目前的工程設(shè)計(jì)中，為便于計(jì)為二維問(wèn)題，計(jì)算結(jié)果可能偏于保守。有鑒于此，對(duì)樁承式加筋體建立一種真三維分析方法，研究其在三維條件下的變形和受力特性，并和二維情況進(jìn)行比較，無(wú)疑具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以三維方形布樁形式下的加筋體為研究對(duì)象，通過(guò)最小勢(shì)

2、能原理推導(dǎo)出了加筋體的平衡偏微分方程組，并利用比擬方程法對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化，然后聯(lián)合邊界元法和可變多面體法對(duì)簡(jiǎn)化方程組進(jìn)行求解，建立了一種樁承式加筋體的真三維分析方法。針對(duì)工程設(shè)計(jì)中常采用均布荷載及不考慮地基反力的情況，通過(guò)一個(gè)自編算例和一個(gè)工程實(shí)例驗(yàn)證了本文三維分析方法的合理性和可靠性，并重點(diǎn)研究了加筋體在三維條件下的變形和受力特性。最后，將真三維分析方法的計(jì)算結(jié)果與目前幾種常用的二維方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，分析了加筋體的受力與變形特性在

3、兩種情況下的異同點(diǎn)。本文取得的主要成果如下:
　　1.在三維條件下，通過(guò)最小勢(shì)能原理推導(dǎo)出了樁承式加筋體的平衡偏微分方程組。該方程組比較合理地考慮了加筋體的大變形特性，但具有高度非線性特點(diǎn)。
　　2.通過(guò)比擬方程法將加筋體的三維平衡偏微分方程組簡(jiǎn)化為泊松方程組，然后聯(lián)合邊界元法及可變多面體法進(jìn)行求解，由此建立了樁承式加筋體的真三維分析方法。該方法具有離散誤差小和計(jì)算效率高等優(yōu)點(diǎn)，其可靠性和合理性通過(guò)工程實(shí)例的計(jì)算結(jié)果得到了初

4、步驗(yàn)證。
　　3.在均布荷載和無(wú)地基反力情況下，二維及三維加筋體的變形與受力具有如下異同點(diǎn):
　　(1)就變形而言，兩種情況下加筋體的豎向變形曲線均為拋物線，但三維情況下的豎向變形最大值約為二維情況的60％～80％;
　　(2)就加筋體沿條帶長(zhǎng)度方向上的拉力而言，兩種情況下的最大值均出現(xiàn)在樁帽邊緣，最小值出現(xiàn)在條帶中部;在三維情況下，加筋體拉力在整體上僅為二維情況的50％～80％，但在樁帽角點(diǎn)附近卻比二維情況大10％～

5、20％;
　　(3)二維情況下得到的加筋體變形和拉力總體上偏于保守。
　　4.在三維情況下，加筋體的變形和拉力分布特點(diǎn)為:
　　(1)加筋體的豎向變形在空間呈下凹狀，最大值出現(xiàn)在四樁中心點(diǎn);
　　(2)加筋體水平向兩個(gè)拉力分量的分布在空間均呈“馬鞍”形雙曲拋物面，最大主拉力的分布呈下凹曲面;最小主拉力的較大值出現(xiàn)在樁帽邊緣及中部區(qū)域，較小值出現(xiàn)在樁間條帶區(qū)域中部;上述各種拉力均在樁帽角點(diǎn)處達(dá)到最大值，并在其附近發(fā)